CN105322596A - 用于控制环保车辆的车载充电器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制环保车辆的车载充电器(OBC)的方法，该方法可在不增加功率因数校正(PFC)电容器的电容的情况下加宽可进行OBC的充电操作的AC输入电源频率的范围。根据该方法，PFC电容器的输出电压纹波的增加通过感测AC输入电压频率且然后基于所感测的频率执行降低OBC的输出功率的可变控制(即，随AC输入电压频率降低，降低OBC的输出功率的可变控制)来抑制，使得可在不增加PFC执行元件的电容的情况下扩展可进行OBC的充电操作的AC输入电源频率的范围。

Description

用于控制环保车辆的车载充电器的方法

技术领域

本发明涉及用于控制环保车辆的车载充电器(OBC)的方法，更具体地，涉及用于控制环保车辆的OBC的方法，其中可在不增加功率因数校正(PFC)电容器的电容的情况下加宽可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围。

背景技术

通常，作为环保车辆的插入式混合动力车、电动车等包括高电压电池、使用高电压电池作为动力源来驱动的行驶电动机、用于在高电压电池的充电/放电过程中将AC电力转换成DC电力的逆变器等。

特别地，通过将外部电力(例如，电动车供应设备(EVSE)的电力或家用AC电力)转换成可再充电AC电力而产生关于高电压电池的充电电流的单独充电器(也称作车载充电器(OBC))安装于环保车辆中。因此，从充电设备通过OBC在电池中充入行驶所需的电能，使得执行环保车辆的驱动。

使用充电器的电池充电方法包括：将家用AC电力施加到车辆中安装的充电器；通过使AC电力经充电器转换成DC电力而产生充电电流；以及通过将充电器中产生的充电电流施加到高电压电池来对高电压电池进行充电。

图1(相关技术)是说明环保车辆的OBC的配置图。

如图1中所示，OBC包括AC电源整流器10、用于校正功率因数的功率因数校正(PFC)转换器12、通过将充入高电压电池16的电压转换成DC电压来执行充电控制的DC-DC转换器14等。

特别地，考虑到当使用AC电力对高电压电池进行充电时必需改善功率因数，将PFC转换器12配置在OBC中的AC电源整流器10与DC-DC转换器14之间。

PFC转换器12的输出电容器13因PFC控制通过以AC输入电力的整流形式吸收输入电流(图1中的箭头方向)而产生并输出正弦波的输出电压纹波。

更具体地说，PFC转换器12的输出电容器13通过吸收输入到输出电容器13的PFC电容器的输入电流纹波(参见图2(相关技术)，图(b))而产生表示正弦波的PFC电容器的输出电压纹波(参见图2(相关技术)，图(a))。

在此情况下，如表示PFC电容器的输入电流纹波与PFC电容器的输出电压纹波之间关系的以下等式1中所示，PFC转换器12的电容器输出电压纹波与流经输出电容器13的AC纹波的量值成正比，且与输出电容器13的电容和AC输入电源频率成反比。

等式1

$\mathrm{\ΔV}=k\frac{\mathrm{\ΔI}}{C\·f_{\mathrm{ac}}}$

在等式1中，ΔV表示PFC电容器的输出电压纹波，ΔI表示PFC电容器的输入电流纹波，C表示PFC电容器的电容，且f_ac表示AC输入电源频率。

根据等式1，当PFC电容器的电容与输入电流纹波相同时PFC电容器的电容器输出电压纹波ΔV的量值根据频率而改变，如图3中所示，其示出针对每一输入电源频率的PFC电容器的输出电压纹波的量值。

特别地，随着AC输入电源频率降低(低频率)，PFC电容器的输出电压纹波ΔV的量值增加。特别地，如果AC输入电源频率降低到预定频率或更小，则发生PFC电容器的输出电压纹波ΔV的最大值超出PFC输出过电压保护规格(保护范围)的情况。因此，暂时不可进行PFC转换器的操作，且OBC的充电操作也受到限制。

为了解决这样的问题，通常使用增加PFC电容器的电容的方法，以便加宽可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围。

如图4(相关技术)中所示，随着AC输入电源频率降低，PFC电容器的所需电容迅速增加。因此，PFC电容器的电容应比现有电容器的电容增大约两倍，以便将现有电容器的操作范围40Hz扩展到20Hz。

然而，当增加PFC电容器的电容以便加宽AC输入电源频率的范围时，引起OBC成本的增加，且OBC制造中的封装性能可能劣化。

发明内容

本发明提供一种用于控制环保车辆的车载充电器(OBC)的方法，其中功率因数校正(PFC)电容器的输出电压纹波的增加通过感测AC输入电压频率且然后基于所感测的频率执行降低OBC输出功率的可变控制(即，随AC输入电压频率降低而降低OBC输出功率的可变控制)来抑制，使得可在不增加PFC执行元件的电容的情况下扩展可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围。

在一方面，本发明提供一种用于控制环保车辆的OBC的方法，该方法包括：检测输入到OBC的功率因数校正(PFC)转换器的当前AC输入电源频率f；比较当前AC输入电源频率f与第一低频f_min1之间的量值，该第一低频是在PFC电容器的输出电压纹波的最大值不超出PFC输出过电压保护规格时的频率；在当前AC输入电源频率f小于第一低频f_min1时，比较当前AC输入电源频率f与第二低频f_min2之间的量值，该第二低频为降低OBC输出功率P_out的可变控制的极限参考频率；以及在当前AC输入电源频率f小于第一低频f_min1，且同时大于第二低频f_min2时，执行降低OBC输出功率P_out的功率降额控制。

含有由控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质可包含：检测输入到环保车辆的车载充电器(OBC)的功率因数校正(PFC)转换器的当前AC输入电源频率的程序指令；比较当前AC输入电源频率(f)与第一低频(f_min1)之间的量值的程序指令，该第一低频是在PFC电容器的输出电压纹波的最大值不超出PFC输出过电压保护规格时的频率；在当前AC输入电源频率(f)小于第一低频(f_min1)时，比较当前AC输入电源频率(f)与第二低频(f_min2)之间的量值的程序指令，该第二低频是降低OBC输出功率(P_out)的可变控制的极限参考频率；以及在当前AC输入电源频率(f)小于第一低频(f_min1)，且同时大于第二低频(f_min2)时，执行降低OBC输出功率P_out的功率降额控制的程序指令。

下文论述本发明的其他方面和示例性实施方式。

如上所述，根据本发明的方法具有如下优点。

首先，如果感测到AC输入电压频率，且所感测的频率小于预定频率，则执行降低OBC输出功率的可变控制，使得可抑制PFC电容器的输出电压纹波上升到PFC输出过电压保护规格或更大。因此，可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围可在不增加PFC执行元件的电容的情况下得到扩展。

第二，因为可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围可在不增加PFC执行元件的电容的情况下得到扩展，所以与使用电容增加的现有PFC电容器相比，可优化PFC电容器电容并可减少成本。

第三，因为PFC电容器的电容降低，所以可扩展OBC内部的封装自由度并改善OBC的输出密度。

下文论述本发明的上述和其它特征。

附图说明

现在将参考附图图示的本发明的某些示例性实施方式来详细地描述本发明的上述和其它特征，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1(相关技术)为说明环保车辆的车载充电器(OBC)的配置的示意图；

图2(相关技术)(a)和(b)为说明OBC中功率因数校正(PFC)电容器的输出电压纹波和PFC电容器的输入电流纹波的图；

图3(相关技术)为说明PFC电容器的输出电压纹波通常在低频域中超出PFC输出过电压保护范围的情况的图；

图4(相关技术)为说明针对每一AC输入电源频率的PFC电容器的电容的图；

图5为按照可进行OBC充电操作的AC输入电源频率，比较根据本发明可进行OBC充电操作的区域与根据传统技术可进行OBC充电操作的区域的视图；

图6为说明与传统技术相比，作为根据本发明的用于控制OBC的方法的OBC输出功率降额控制技术的图；

图7为说明根据本发明的用于控制OBC的方法的流程图；并且

图8为说明与传统技术相比，作为根据本发明的用于控制OBC的方法的输出功率降额控制的结果的图。

应当理解到，所附的附图并非必然是按比例的，其说明了本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。

在附图中，附图标记在几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例图示在所附附图中，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。贯穿本说明书，除非明确地相反描述，否则词语“包括”及其变化将被理解为暗指包括所述元件但不排除任何其它元件。另外，说明书中描述的术语“单元”、“…器”和“模块”意指用于处理至少一个功能和操作的单元，且可由硬件组件或软件组件和其组合来实施。

此外，本发明的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在网络耦合的计算机系统中分布计算机可读记录介质，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分散的方式存储并且执行计算机可读介质。

为帮助理解本发明，引起功率因数校正(PFC)电容器的输出电压纹波超出PFC输出过电压保护规格的情况的AC输入电源频率的低频区段的终点和起点处的频率，分别被称作第一低频f_min1和第二低频f_min2。

另外，应理解第一低频f_min1是在PFC电容器的输出电压纹波不超出PFC输出过电压保护规格时的参考频率，且第二低频f_min2是降低车载充电器(OBC)输出功率P_out的可变控制的极限参考频率。

参考图5，如果AC输入电源频率降低到预定频率或更小(例如，第一低频f_min1与第二低频f_min2之间的区段)，则PFC转换器的输出电容器的电容通常增加。然而，根据本发明，在不增加PFC转换器的输出电容器的电容的情况下，执行在第一低频f_min1与第二低频f_min2之间的频率区域内降低OBC输出功率的功率降额控制。

特别地，如果可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围预期从第一低频f_min1扩展到第二低频f_min2，则在常规方法中，PFC转换器的输出电容器的电容将以如下等式2中所示的比率f_min1/f_min2增加。然而，根据本发明，执行在第一低频f_min1与第二低频f_min2之间的AC输入电源频率区域内降低OBC输出功率的功率降额控制，使得OBC的充电操作范围可仅在第一低频f_min1处的输出电容器的电容C₁的情况下扩展到第二低频f_min2。

等式2

在等式2中，ΔV表示PFC电容器的输出电压纹波，ΔI表示PFC电容器的输入电流纹波，C₁表示在第一低频f_min1处的PFC电容器的电容，且C₂表示在第二低频f_min2处的PFC电容器的电容。

因此，在本发明中，OBC的输出功率在第一低频f_min1与第二低频f_min2之间的频率区域中按PFC电容器的输出电压纹波的增量比降低，使得可防止PFC电容器的输出电压纹波超出PFC输出过电压保护规格。此外，可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围可在不增加作为PFC执行元件的输出电容器的电容的情况下扩展到现有低频区段。

下文中，将参照图6～8详细描述用于控制环保车辆的OBC的方法。

如上所述，PFC转换器12的输出电容器13因PFC控制通过以AC输入电力的整流形式吸收输入电流而产生并输出正弦波的输出电压纹波。

在此情况下，如表示OBC输出功率P_out与PFC电容器输出电压纹波之间关系的以下等式3中所示，PFC电容器的输出电压纹波与输出功率P_out成正比地增加。

等式3

$\mathrm{\ΔV}=k\frac{\mathrm{\ΔI}}{C\·f_{\mathrm{ac}}},\mathrm{\ΔI}\∝P_{\mathrm{out}},\mathrm{\ΔV}\∝k\frac{P_{\mathrm{out}}}{C\·f_{\mathrm{ac}}}$

在等式3中，ΔV表示PFC电容器的输出电压纹波，ΔI表示PFC电容器的输入电流纹波，C表示PFC电容器的电容，且f_ac表示AC输入电源频率。

因此，在本发明中，考虑到PFC电容器的输出电压纹波与输出功率P_out成正比地增加，在AC电源输入频率降低时，可通过降低输出功率的控制来抑制PFC电容器的输出电压纹波ΔV的增加。

为此，首先执行测量或估计从AC电源(外部电源)输入到OBC的PFC转换器的当前AC输入电源频率的步骤。

随后，比较当前AC输入电源频率f与第一低频f_min1之间的量值(S101)。

如上所述，第一低频f_min1为预定参考频率。如图6和8中所示，第一低频f_min1是在PFC电容器的输出电压纹波ΔV的最大值不超出PFC输出过电压保护规格时的频率。

因此，如果当前AC输入电源频率f大于第一低频f_min1，则PFC电容器的输出电压纹波ΔV的最大值不超出PFC输出过电压保护规格，因此执行将用于对OBC进行充电的输出功率保持原样而不增加或降低输出功率的控制(S102)。

因此，在当前AC输入电源频率f大于第一低频f_min1时，保持用于对OBC进行充电的输出功率，使得平滑地执行高电压电池的缓慢充电(S103)。

另一方面，如果当前AC输入电源频率f小于第一低频f_min1，则比较当前AC输入电源频率f与第二低频f_min2之间的量值(S104)。

如上所述，第二低频f_min2是降低OBC输出功率P_out的可变控制的极限参考频率。

因此，如果当前AC输入电源频率f小于第一低频f_min1且同时大于第二低频f_min2，则执行降低OBC输出功率P_out的功率降额控制(S105)。

优选地，执行降低OBC输出功率的功率降额控制，直至PFC电容器的输出电压纹波不超出PFC输出过电压保护规格。

因此，如图8中所示，如果AC输入电源频率降低到预定频率或更小(例如，第一低频f_min1与第二低频f_min2之间的区段)，则发生PFC电容器的输出电压纹波的最大值超出PFC输出过电压保护规格的情况，因此不可以进行PFC转换器的操作。另一方面，在本发明中，可通过功率降额控制防止PFC电容器的输出电压纹波在第一低频f_min1与第二低频f_min2之间的区段中超出PFC输出过电压保护规格。结果，可进行OBC充电操作的AC输入电源频率的范围可在不增加作为PFC执行元件的输出电容器的电容的情况下扩展到现有低频区段(例如，第二低频f_min2)。

同时，在当前AC输入电源频率f改变为小于第二低频f_min2时，PFC电容器的输出电压纹波的最大值过多地超出PFC输出过电压保护规格，因此不可以进行OBC的执行元件的操作。因此，OBC的充电操作停止，以便保护作为OBC的执行元件的PFC电容器。

已参考示例性实施方式详细地描述本发明。然而，本领域的技术人员应理解，可在不偏离本发明原理和精神情况下对这些实施方式进行改变，本发明的范围在附属权利要求和其等效物中限定。

Claims (5)

1.一种用于控制环保车辆的车载充电器(OBC)的方法，所述方法包括以下步骤：

检测输入到所述OBC的功率因数校正(PFC)转换器的当前AC输入电源频率(f)；

比较所述当前AC输入电源频率(f)与第一低频(f_min1)之间的量值，所述第一低频是在PFC电容器的输出电压纹波的最大值不超出PFC输出过电压保护规格时的频率；

当所述当前AC输入电源频率(f)小于所述第一低频(f_min1)时，比较所述当前AC输入电源频率(f)与第二低频(f_min2)之间的量值，所述第二低频是降低所述OBC的输出功率(P_out)的可变控制的极限参考频率；以及

当所述当前AC输入电源频率(f)小于所述第一低频(f_min1)，且同时大于所述第二低频(f_min2)时，执行降低所述OBC的输出功率P_out的功率降额控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中执行降低所述OBC的输出功率的功率降额控制，直至所述PFC电容器的输出电压纹波不超出所述PFC输出过电压保护规格。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当所述当前AC输入电源频率(f)大于所述第一低频(f_min1)时，执行保持用于对所述OBC进行充电的输出功率的控制。

4.根据权利要求1所述的方法，其中当所述当前AC输入电源频率(f)改变到小于所述第二低频(f_min2)时，执行停止所述OBC的充电操作的控制。

5.一种含有由控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：

检测输入到环保车辆的车载充电器(OBC)的功率因数校正(PFC)转换器的当前AC输入电源频率的程序指令；

比较所述当前AC输入电源频率(f)与第一低频(f_min1)之间的量值的程序指令，所述第一低频是在PFC电容器的输出电压纹波的最大值不超出PFC输出过电压保护规格时的频率；

当所述当前AC输入电源频率(f)小于所述第一低频(f_min1)时，比较所述当前AC输入电源频率(f)与第二低频(f_min2)之间的量值的程序指令，所述第二低频是降低所述OBC的输出功率(P_out)的可变控制的极限参考频率；以及

当所述当前AC输入电源频率(f)小于所述第一低频(f_min1)，且同时大于所述第二低频(f_min2)时，执行降低所述OBC的输出功率P_out的功率降额控制的程序指令。